Cronobiología

La cronobiología (del griego antiguo χρόνος  - "tiempo") es una rama de la biología que estudia los procesos cíclicos en sistemas biológicos de diferentes niveles de organización. Las publicaciones en idioma ruso también utilizan el término biorritmología [1] .

La investigación cronobiológica incluye (pero no se limita a) trabajos en anatomía comparada, fisiología, genética, biología molecular y biología del comportamiento [2] . Otros aspectos incluyen el estudio del desarrollo, la reproducción, la ecología y la evolución de las especies.

Tema de investigación

Desde el nacimiento de la cronobiología, el interés de esta ciencia ha incluido el estudio de aquellos ritmos que se han producido en los seres vivos para adaptar su actividad vital a los cambios periódicos del medio geofísico que los rodea. Estos ritmos biológicos suelen denominarse ritmos circa (del latín  circa "sobre, aproximadamente"), los principales entre ellos son [3] :238 [4] :

La mayor parte de la investigación se dedica al estudio de los ritmos circadianos [3] :238 .

La cronobiología es una de las pocas áreas de la ciencia biomédica que puede reclamar el estatus de ciencias exactas . Una de las características de realizar investigaciones sobre ritmos biológicos, generados por la universalidad y diversidad de los fenómenos estudiados, es que es posible elegir para los experimentos los organismos "modelo" más diversos, a veces disímiles [3] :236-237 . En la historia de la cronobiología, los descubrimientos fueron realizados por aquellos investigadores que combinaron en sus búsquedas el estudio de los biorritmos humanos con experimentos en organismos relativamente simples y de vida corta [3] :241 .

Historia

En 1729, el astrónomo francés Jean-Jacques de Meran describió el movimiento periódico de las hojas de mimosa , maceta con la que se colocó en un armario oscuro durante varios días. De Meran llegó a una conclusión errónea (como se comprobó más tarde) de que la mimosa "siente" el sol sin verlo [3] :233 .

En 1832, el botánico suizo Decandol puso a prueba los experimentos de Meurand, pero bajo un cuidadoso control de influencias externas como la luz, la temperatura y la humedad. Los experimentos han demostrado que el período del ciclo de movimiento de las hojas de mimosa en condiciones de iluminación constante fue 2 horas más corto que el diario. Estos resultados fueron confirmados en 1875 por el botánico alemán Wilhelm Pfeffer , quien, sobre la base de sus numerosos experimentos, sugirió la existencia de organismos propios, no dependientes del reloj solar para contar la hora del día y la duración del día. [3] :233-234 .

En 1919, el erudito bengalí Jagadish Chandra Bose , en los resultados publicados de su investigación, señaló que el período de movimiento de las hojas de las plantas en luz constante o en completa oscuridad no es igual a 24 horas y se ajusta a este valor por la alternancia natural de luz y oscuridad [3] :234 .

En 1922, el psicobiólogo estadounidense Kurt Richter describió un cambio circadiano en el comportamiento de los roedores de laboratorio y señaló que, en condiciones ambientales constantes, la actividad de las ratas retiene el ritmo, pero el período del ritmo se vuelve más corto que 24 horas. Posteriormente (1965) estableció que este ritmo se altera cuando se destruye el hipotálamo [3] :235 .

En 1935, el biólogo alemán Erwin Bünning cruzó dos líneas de frijol que mostraban períodos de 23 horas y 26 horas en oscuridad constante y produjeron descendencia híbrida con un valor de período intermedio. En 1958 Bünning publicó el libro Die fisiologische Uhr describiendo los resultados experimentales obtenidos por él y otros. El libro fue traducido a otros idiomas, incluido el ruso, con el título "Ritmos de los procesos fisiológicos (reloj fisiológico)" (1961) [3] : 234-235 .

El comienzo de la formación de la cronobiología como ciencia está asociado con un simposio sobre el reloj biológico que, por iniciativa de uno de los "padres" de la cronobiología, Colin Pittendrich  , se llevó a cabo en el Laboratorio de Cold Spring Harbor . en 1960. En el simposio, muchos especialistas que estudiaron los ritmos biológicos hicieron presentaciones. De los aproximadamente 150 participantes, 31 representaban a países extranjeros [5] . El resultado más importante del simposio fue la publicación en 1961 del libro "Reloj biológico", que incluía todos los informes leídos y las discusiones que surgieron sobre ellos. Tres años más tarde, el libro se publicó en ruso bajo la dirección de S. E. Shnol [3] :236 .

El resultado del período de formación de la nueva ciencia fue la publicación en el manual de varios volúmenes sobre neurobiología del volumen "Ritmos biológicos" (la traducción al ruso fue realizada por A.M. Alpatov en 1984), editado por otro "padre" de la cronobiología: Jürgen Aschoff . En 1964, en la escuela de verano organizada por Aschoff en Baviera, se hizo uno de los primeros intentos de unificar términos en la descripción de procesos y fenómenos biorritmológicos [3] :236-237 .

En 1977, por iniciativa de otro "padre" de la nueva ciencia, que propuso el nombre de "cronobiología", se publicó Franz Halberg  - un diccionario de términos cronobiológicos. Fue Halberg quien, allá por 1959, acuñó la palabra "circadiano" para enfatizar la peculiaridad de su propio período de ritmo en un organismo vivo, que no es exactamente igual a 24 horas. Según A. A. Putilov, demasiado amplio, según muchos, los especialistas adoptaron el término "cronobiología" en lugar de, por ejemplo, "biorritmología" para que no se identificaran con representantes de la teoría entonces popular, pero anticientífica, de " tres biorritmos " [3] : 237-238 .

Halberg experimentó con ritmos biológicos en el campo de la medicina y la fisiología humana, mientras que Pittendrich prefirió probar la corrección de sus teorías y cálculos matemáticos en animales como la mosca de la fruta ( Drosophila ), el objeto de investigación más común en el campo de la genética . 5] .

En la década de 1960, Michel Sifre realizó una serie de experimentos con muchos meses de confinamiento solitario de personas en una cueva sin información sobre el tiempo actual ("fuera de tiempo"). Los experimentos han demostrado la conservación de un ciclo diario de aproximadamente 24 horas, seguido de una transición a uno de 48 horas. En su primer experimento (1962), Sifre combinó el estudio de un glaciar subterráneo con el estudio de cómo cambiaría la idea del tiempo en condiciones tan adversas en ausencia de hitos naturales y sociales [6] . Según N. A. Gvozdetsky , era posible explorar el glaciar en varios pasos, sin exponerse a un confinamiento tan largo, y los resultados similares de un experimento fisiológico realizado al mismo tiempo podrían obtenerse de forma aislada con condiciones más cómodas [7] . Posteriormente, Cifr recibió apoyo y asistencia financiera del gobierno, donde los intereses de los departamentos militares y civiles convergieron y atrajeron a otros participantes para realizar experimentos. En 1966, mientras preparaba otro experimento, logró establecer contacto con Halberg [6] .

La base principal del conocimiento inicial sobre los biorritmos humanos fueron los resultados de cientos de experimentos de varios días sobre el aislamiento a largo plazo de una persona de las influencias periódicas externas, realizados por Aschoff en colaboración con Rütger Wefer en un búnker especialmente creado para este objetivo. Sin embargo, durante los experimentos no se tuvo en cuenta que, a diferencia de los animales y plantas experimentales, a los participantes se les permitía encender luces tenues si era necesario. Posteriormente, se descubrió que tal "relajación" violaba la "pureza" de los experimentos del búnker y, como resultado, conducía a una conclusión errónea sobre las diferencias significativas entre las propiedades de los ritmos circadianos en humanos y animales de laboratorio. La noción de diferencias significativas fue posteriormente refutada no solo por un control más cuidadoso del régimen de iluminación en experimentos humanos, sino también en el curso de encuestas en Internet muy simples, pero inusualmente masivas [3] :241 .

Herramientas

En experimentos para estudiar el efecto de diferentes regímenes de luz en el reloj biológico humano, ahora se ha adoptado el llamado “protocolo de desincronización forzada”. El desarrollo de este método comenzó en 1939 por iniciativa de uno de los "padres" de la ciencia del sueño  : Nathaniel Kleitman . El método se desarrolló aún más en los trabajos de los cronobiólogos estadounidenses. En su forma moderna, el protocolo de desincronización forzada se volvió ampliamente utilizado debido a la investigación dirigida por el alumno de Kleitman, Charles A. Czeisler [3] :242 en la década de 1980 .

Se cree que una herramienta ampliamente utilizada en cronobiología llamada curva de respuesta de fase PRC) fue puesta en práctica por primera vez por Patricia de Courcy su trabajo de investigación en 1960. Desde entonces, se ha convertido en una herramienta estándar en el estudio de los ritmos biológicos [8] .

En 2007, el estudiante de Aschoff Till Rönneberg , junto con Martha Merow y un grupo de empleados, utilizando la página de Internet creada, pudieron entrevistar rápidamente a decenas de miles de residentes alemanes sobre la hora de acostarse y acostarse. en sus días libres de trabajo y estudio. Resultó que no son los sincronizadores sociales, como la hora de una zona horaria determinada , sino los momentos de la salida y la puesta del sol naturales los que siguen siendo las principales señales que determinan la hora de cambiar los estados de sueño y vigilia. Por ejemplo, este tiempo cambia de manera gradual y bastante predecible en la dirección desde el límite este de la zona horaria hacia el límite occidental, especialmente para los residentes en asentamientos pequeños [3] :241-242 .

Otras áreas

Los cronobiólogos a menudo estudian simultáneamente procesos y fenómenos biológicos que son fundamentalmente diferentes en contenido en especies de seres vivos que son fundamentalmente diferentes en términos de nivel de organización biológica. Por lo tanto, muchas áreas de la biología y la medicina están en cierta medida conectadas con la investigación cronobiológica y en cierta medida dependen del progreso de estos estudios [3] :236 .

La cronobiología es un área interdisciplinaria de investigación. Interactúa con otros campos de estudio como la cronomedicina, la medicina del sueño , la endocrinología , la geriatría , la medicina deportiva , la medicina espacial y el fotoperiodismo [9] [10] [11] .

Cronomedicina

Esta es una dirección médica y biológica independiente, que se basa en la cronobiología y utiliza sus datos para mejorar la prevención, el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades [12] . La tarea principal de la cronomedicina es identificar y corregir la desincronosis como uno de los factores patogénicos en el desarrollo de enfermedades de los sistemas nervioso , cardiovascular , reproductivo y endocrino [13] . Las secciones de la cronomedicina incluyen cronopatología, cronofarmacología, cronoterapia, cronodiagnóstico y cronoprofilaxis [12] :

Notas

  1. ↑ BIORRITMOLOGÍA • Gran Enciclopedia Rusa - versión electrónica . bigenc.ru . Recuperado: 3 de marzo de 2021.
  2. ↑ Patricia J. DeCoursey, Jay C. Dunlap, Jennifer J. Loros (2003). Cronobiología. Sinauer Associates Inc. ISBN 978-0-87893-149-1 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Putilov A. A. Chronobiology and sleep (Capítulo 9) // Guía nacional en memoria de A. M. Vein y Ya. I. Levin. - M.: Medcongress LLC, 2019. - S. 235-265.
  4. ↑ TSB 3ra ed. volumen 3 www.bse.uaio.ru._ _ Recuperado: 12 de marzo de 2021.
  5. ↑ 1 2 Putilov A. A. Historia de la cronobiología  // Kommersant. (27 de enero de 2021).
  6. ↑ 1 2 Gunswind I. N. Michel Sifr - investigador del tiempo . pdf.knigi-x.ru . Recuperado: 6 de marzo de 2021.
  7. ↑ Gvozdetsky N. A. Prefacio // Sifr M. En las profundidades de la Tierra . — M.: Progreso, 1982.
  8. ↑ Zivkovic, Bora; también conocido como "Coturnix" (2007). "Tutorial de reloj #3c - Darwin a tiempo". Un blog alrededor del reloj. Blogs de ciencia LLC)
  9. ↑ Postolache, Teodor T. Cronobiología deportiva, Una cuestión de clínicas en  medicina deportiva . - Saunders, 2005. - ISBN 978-1416027690 .
  10. ↑ Ernest Lawrence Rossi, David Lloyd. Ritmos ultradianos en los procesos de la vida: investigación sobre los principios fundamentales de la cronobiología y la psicobiología  (inglés) . — Springer-Verlag Berlín y Heidelberg GmbH & Co. K, 1992. - ISBN 978-3540197461 .
  11. ↑ Hayes, DK Cronobiología : su papel en la medicina clínica, la biología general y la agricultura  . - John Wiley & Sons , 1990. - ISBN 978-0471568025 .
  12. ↑ 1 2 Kostenko E. V., Manevich T. M., Razumov N. A. La desincronosis como uno de los factores más importantes en la aparición y el desarrollo de enfermedades cerebrovasculares . — 2013.
  13. ↑ Zaripov A. A., Yanovich K. V., Potapov R. V., Kornilova A. A. Ideas modernas sobre la desincronosis // Problemas modernos de la ciencia y la educación. - 2015. - Nº 3.
  14. ↑ Patlina T.V. Chronomedicine, tipos de desincronosis / Universidad Médica Estatal de Tyumen del Ministerio de Salud de la Federación Rusa. — 2018.

Literatura

Enlaces

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